神舟十四号乘组：亲历空间站T字成型的“劳模”

2023-02-20邓雨楠

太空探索 2023年1期

文/邓雨楠

2022年12月4日20时09分，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域安全着陆。21时01分，航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲安全出舱，本次载人飞行任务取得圆满成功。

这是中国航天员第九次太空远征，也是中国空间站建造阶段的首次载人飞行。自从6月5日由长征二号F运载火箭送入太空以来，3名航天员在轨经历了无数个高光时刻，见证了空间站由单舱扩建成三舱三船构型，首次进驻问天和梦天实验舱，首次利用问天实验舱气闸舱和机械臂小臂进行出舱工作，并开展大小臂联合操作，同时完成了大量科学实验，开展科普和公益活动等，收获了“劳模”乘组的赞誉。

“太空新居”扩建配齐

2022年6月5日，3名航天员依次进入中国空间站天和核心舱，并在接下来的1个月内快速适应了失重生活，对“太空家园”进行日常维护与维修，为后续机械臂操作、出舱活动、舱段转移等工作进行了充分准备。

他们的首要工作是建立载人环境，包括将核心舱组合体设置为有人状态，对通风净化、再生生保和水循环处理相关设备和产品进行设置。

3名航天员分别进行了水样、空气、表面微生物取样测试。在“太空家园”里，部分微生物可能对航天员的健康产生影响，甚至会带有腐蚀性，对各种设备造成污染和破坏，因此需要定期对微生物进行监测，保证在轨生活环境的安全与舒适。航天员又安装并测试了二氧化碳还原装置，进一步提高在轨氧气的物质循环闭合度。

接下来，航天员迅速进行了物资整理与转移，正式启用了物资管理系统，从整体上对空间站所有物资进行归类和梳理，能够腾出更多精力，专注于在轨科学实验等工作。

▲ “神十四”乘组安全降落

3名航天员每周工作6天，定期体检必不可少。检查柜里有十几件医疗设备，体检项目包括超声检查和全血细胞计数等。除了开展采血、互做心脏超声、腹部超声及超声功能影像评估等常规检查，航天员还要进行医疗救护在轨训练，以便应对各种各样的突发情况。利用太空自行车、拉力带、握力器、腕力球、太空跑台等器械，他们每天至少要保持2个小时在轨有氧运动训练，维持心血管系统功能稳定。

随着7月25日问天实验舱与天和核心舱成功对接，“太空之家”正式扩建。第二天，“神十四”乘组进入“新居”。

问天实验舱是航天员主要的生活和工作舱段，配置有3个睡眠区、1个卫生区及厨房等设施，可与天和核心舱一起支持2艘载人飞船轮换期间6名航天员的生活保障。据悉，问天实验舱内的航天员睡眠区比核心舱的更为宽敞，舷窗也进行了改进设计，宜居性进一步提高。

▲ 刘洋在空间站内“刷手机”

从整体来看，问天实验舱进驻状态设置持续了约半个月，3名航天员完成了载人环境的建立，包括对环控生保系统、卫生区、睡眠区、太空厨房进行设置，还有科学实验机柜解锁、功能检测、设备安装、物资整理等工作。

除了对舱内环境定期进行维护外，航天员还在问天实验舱内持续开展了空间材料研究、高等植物培养等空间科学实（试）验项目。他们利用科学手套箱、生命生态实验柜、生物技术实验柜和变重力实验柜等设施设备，不断产出更多科学成果。长势喜人的拟南芥、水稻和生菜为“太空家园”带来了勃勃生机。

10月31日，梦天实验舱给“太空家园”带来了又一次升级扩建的机遇。航天员进入梦天实验舱后，完成了货包整理、设备安装等工作，建立载人环境，解锁各类工作设备，并进行工作区的设备安装。

随着三舱“T”字基本构型不久后在轨转位完成，空间站组合体实现了控制、能源、信息、环境等功能的并网管理，支持开展更大规模的空间研究实验和新技术试验。“神十四”乘组通过繁忙工作，建成国家太空实验室。其中，问天实验舱主要面向空间生命科学研究，梦天实验舱主要面向微重力科学研究。

▲ “神十四”乘组入驻问天实验舱

架起“天桥”迎接会师

入驻“太空家园”以来，“神十四”乘组完成了3次出舱任务，不断刷新相关纪录。

9月1日，他们首次出舱。这也是中国航天员首次在小机械臂辅助下从问天实验舱气闸舱实施的出舱活动，完成了问天舱扩展泵组安装、问天舱全景相机抬升、舱外自主应急返回验证等任务，顺利检验了航天员与小机械臂协同工作能力，验证了问天舱气闸舱和出舱活动相关支持设备的功能性能。

9月17日，他们第二次出舱，与第一次出舱间隔仅半个月，对于航天员和舱外航天服都是新的挑战和突破。

因为出舱活动需要由航天员与地面科研人员紧密协作配合，有些特殊任务还需要调整空间站姿态，并考虑太阳光照、天地通信技术等条件，因此频繁出舱对航天员和科研人员都是重大考验。其间，地面的出舱专业支持小组会通过语音随时指导航天员活动，比如什么时候运动到什么位置，什么时候开舱门，什么时候出去，怎样登上机械臂，怎样取工具，怎样操作等，并做好预案，应对可能发生的故障、意外。

▲ “太空种菜”成果丰硕

3名航天员在轨紧张忙碌了170多天后，又进行了第三次出舱活动。这也是空间站“T”字构型在轨组装完成后的首次出舱任务。11月17日，他们首先成功安装好天和核心舱与问天实验舱、天和核心舱与梦天实验舱舱间连接装置，搭建起一座三舱间舱外行走的“天桥”。接下来，航天员蔡旭哲通过“天桥”实现了首次跨舱段舱外行走，完成了问天实验舱全景相机A抬升和小机械臂助力手柄安装等任务。

其实，“天桥”不仅包括空间站舱外的实物，还有天地之间联络信息、传授知识的无形通道。10月12日，“天宫课堂”第三课开讲。3名新晋“太空教师”为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，在轨展示了问天实验舱工作生活场景，演示了微重力环境下毛细效应、水球变“懒”等实验，并与地面师生互动交流。

▲ 航天员进入货运飞船搬货

此外，航天员们繁忙工作之余，在“太空之家”收录了星月之辉，欣赏了宇宙壮丽。蔡旭哲拍下了美丽的地球和伟大的祖国，俯瞰长江和黄河，聚焦亲爱的家乡。他们还在太空中赏中秋，记录下从空间站看到的月亮，收到了地面提前数月准备的中秋食品大礼包。此外，航天员展示了“拿手好菜”，首次享用了自己在太空种植的蔬菜。正如他们所言，“每一天都非常精彩，每一刻都值得铭记。”

▲ “神十四”乘组开展第三次出舱任务

11月30日，神舟十五号载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后，“神十五”乘组从飞船返回舱进入轨道舱。

完成各项准备后，期盼已久的“神十四”乘组激动地打开“家门”。在节点舱，两个乘组的指令长率先会面，陈冬与费俊龙握手拥抱。随后，6名中国航天员在问天实验舱内顺利会师，留下了足以载入史册的太空合影。

此后，两个乘组在轨交叉驻留5天，完成了中国载人航天工程历史上第一次在轨交接。“神十四“乘组指令长陈冬将中国空间站钥匙郑重交给了“神十五”乘组指令长费俊龙。

在地面科研人员配合下，“神十四”乘组还完成了空间站组合体状态设置、实验数据整理下传、留轨物资清理转运等撤离前各项工作，与同事们挥手告别，为183天在轨生活画上句号。

▲ “天宫课堂”第三课“水球变懒”实验

多方“保驾”安全回家

长期处于微重力环境，航天员的体液会重新分配，血液可能减少20%左右。由于航天员身体多处肌肉不需要对抗重力，比如腿部、腰部和脊柱等长期处于放松状态，肌肉可能会萎缩20%以上。另外，空间站24小时环绕地球飞行16圈，导致航天员每天要经历16次日出和日落，这会影响激素分泌，造成不同程度的免疫系统紊乱。因此，航天员撤离前，地面支持团队必须实时监测航天员健康状况，提前制定好医疗方案。

▲ 陈冬从空间站拍摄月亮过中秋节

航天三江红峰公司研制的生理信号测试盒和心电记录装置佩戴在航天员身上，能实时监测航天员的呼吸、体温、心电等生理指标，供地面医护人员监护分析。

航天科技集团五院研制出中继终端，成为空间站与地面通信联系的重要渠道。仪表计算机应用软件可以提供空间站各个系统的工作状态及航天员身体状况，成为“智慧大脑”，汇集与三舱有关的所有信息，通过中继终端传回地面，供地面团队进行数据分析。

在技术人员精心设计下，神舟十四号载人飞船的回家之旅把握住了“3个度”，即速度、精度和温度。

本次任务延续了神舟十三号载人飞船的快速返回模式，返回绕飞地球从18圈缩短至5圈，返回时间缩短近20个小时。

飞船需要从距离地球400千米的地方精准地降落到东风着陆场，难度堪比“万里中10环”。为提高返回舱救援定位精度，飞船设计师们通过不断改进技术，将定位最大误差控制到百米级，进一步提升搜救效率。

▲ 陈冬是我国首位在轨累计时间超过200天的航天员

神舟十四号载人飞船延续了自神舟十二号载人飞船开始采用的返回制导方式，即采用预测-校正双环制导方式。飞船不用沿着所谓“标准路线”返回，只需一往无前地向落点飞去，既提升了轨道规划能力，也提高了返回再入的控制精度和可靠性。

按设计，返回舱以小角度进入大气层，使航天员身体所承受的过载降到最低。返回舱内还安装了缓冲装置，航天员座椅会在着陆前开始抬升，使冲击能量被缓冲吸收，充分保证航天员落地的舒适性。

返回舱再入大气层时会与空气发生剧烈摩擦，舱体表面局部温度可达上千摄氏度。为此，科研人员在舱体表面设计了防热涂层，敷设烧蚀材料。当温度达到一定程度时，烧蚀材料升华脱落，带走大量热量。舱内温度基本上维持在26摄氏度左右，航天员在舱内不会感到不适，只会通过舷窗看到外面熊熊的火光。

飞船再入过程中，返回舱和大气层空气剧烈摩擦，形成包裹住返回舱的等离子区，造成地面与舱体之间信号中断，这就是“黑障区”。这时地面无法通过任何遥控方式对飞船进行控制，依靠飞行器全自动处理，监测设备确保不会“跟丢”。

在距离地面万米左右，返回舱降落伞缓缓打开。降落伞由引导伞、减速伞和主伞构成，逐级开伞，减小过载，保护航天员。其中，主伞面积为1200平方米，可以让飞船的速度降低到数米/秒。为防止减速伞和主伞张开瞬间承受的力太大，在开伞时会处于半打开状态，工作几秒后再完全打开。

此外，为保证航天员生命安全，提高回收着陆系统工作的可靠性和安全性，返回舱上还配置了备份降落伞。飞船一旦检测到故障，就会按照预定程序切换到备份降落伞工作状态。

▲ 两批航天员在节点舱激动拥抱

不过，相比前两次载人飞船返回任务，暗夜与低温是本次任务的两大挑战。

夜晚寒风中，在距离地面约1米高度，返回舱底部着陆缓冲发动机点火，返回舱稳稳落地。1支直升机搜救分队、1支载有伞降队员的空运机动搜救分队、1支地面搜救分队以及着陆区周边民兵分队利用搜救信息系统，及时出动。

东风着陆场面积达到2万平方千米，地形起伏多样，有许多枯树、高压输电线、低矮建筑、铁丝围网等，对直升机夜间降落和人车路线规划造成麻烦。

零下20摄氏度的低温主要影响人员保暖与设备适应性的问题，可能导致机械设备启动困难、电子设备工作异常、电池续航能力降低、搜救队员操作失误等。为此，东风着陆场对所有野外工作设备进行了抗低温防护，为车辆加装了低温启动装置，给通信设备配足了备用电池，着陆现场临时搭建场所均按8小时供暖标准配齐电力保障设施，让航天员在着陆现场就能吃热饭，喝热水，洗热水澡。